Das unheimliche, höllische Leuchten des Mondes mag in diesem Bild unwirklich erscheinen, da es für unsere Augen unsichtbar ist. Instrumente, die Gammastrahlen erkennen, sagen uns jedoch, dass dies real ist. Es ist mehr als nur ein körniges rotes Bild, es ist eine lebendige Erinnerung daran, dass mehr los ist, als man auf den ersten Blick sieht.
Es ist auch eine Erinnerung daran, dass jeder Mensch, der den Mond besucht, vor dieser energiereichen Strahlung geschützt werden muss.
Von kosmischen Strahlen zu Gammastrahlen
Das Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskop der NASA hat diese Bilder der Gammastrahlen des Mondes aufgenommen. In diesem Teil des elektromagnetischen Spektrums ist der Mond tatsächlich heller als die Sonne. Dies liegt daran, dass die Sonne den größten Teil ihrer Energie in anderen Teilen des Spektrums produziert, obwohl sie einige Gammastrahlen aussendet, insbesondere bei Sonneneruptionen.
Die meisten Gammastrahlen in unserem Sonnensystem stammen aus entfernten Quellen wie Quasaren und aktiven galaktischen Kernen (AGN). Der Mond ist eine indirekte Quelle für Gammastrahlung und erzeugt durch seine Wechselwirkung mit kosmischen Strahlen Gammastrahlen.
Kosmische Strahlung ist eine Art energiereicher Strahlung, die größtenteils außerhalb unseres Sonnensystems erzeugt wird. Sie werden von Dingen wie Supernovae und aktiven galaktischen Kernen produziert. Wenn kosmische Strahlen wie in diesem Fall wie die Mondoberfläche auf Materie treffen, erzeugen sie Gammastrahlen.
Mario Nicola Mazziotta und Francesco Loparco, zwei Wissenschaftler des Nationalen Instituts für Kernphysik in Italien, haben die Gammastrahlung des Mondes untersucht, um die kosmische Strahlung zu verstehen. Kosmische Strahlen sind sich schnell bewegende Teilchen und werden von ihren Quellen wie den oben genannten Supernovae und AGN beschleunigt.
"Kosmische Strahlen sind meist Protonen, die durch einige der energiereichsten Phänomene im Universum beschleunigt werden, wie die Druckwellen explodierender Sterne und Jets, die entstehen, wenn Materie in schwarze Löcher fällt", erklärte Mazziotta in einer Pressemitteilung der NASA.
Die Teilchen, aus denen die kosmische Strahlung besteht, sind elektrisch geladen. Wenn sie wie die Erdmagnetosphäre auf ein Magnetfeld treffen, werden sie größtenteils abgelenkt. Dem Mond fehlt jedoch ein Magnetfeld. Infolgedessen treffen selbst die schwächsten kosmischen Strahlen direkt auf die Mondoberfläche und erzeugen Gammastrahlen. Der Mond absorbiert tatsächlich die meisten Gammastrahlen, die er erzeugt, aber einige entkommen in den Weltraum.
Und das Fermi-Teleskop kann sie sehen und verwandelt den Mond in eine Art unbeabsichtigten Partikeldetektor.
Das Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskop (FGRST) ist seit 11 Jahren im Einsatz. Mazziotta und Loparco haben Bilder des Mondes von der Länge der Mission des Teleskops aus untersucht, und im Laufe der Zeit hat sich die Sicht verbessert.
"... der Mond würde niemals seinen monatlichen Phasenzyklus durchlaufen und würde immer voll aussehen."
Francesco Loparco, Italiens Nationales Institut für Kernphysik.
Die Stärke der Gammastrahlen des Mondes ist nicht immer konstant. Es variiert im Laufe der Zeit. Mazziotta und Loparco sammelten Daten der Gammastrahlen des Mondes, die 31 Millionen Elektronenvolt überstiegen, was 10 Millionen Mal stärker ist als sichtbares Licht, und organisierten sie im Laufe der Zeit. Das Ergebnis war das folgende Bild, in dem sich die Ansicht im Laufe der Zeit verbessert.
"Bei diesen Energien würde der Mond niemals seinen monatlichen Phasenzyklus durchlaufen und immer voll aussehen", sagte Loparco.
Die Tatsache, dass der Mond diese Gammastrahlen aussendet, ist Vorsicht geboten. Im Artemis-Programm der NASA werden möglicherweise länger Astronauten auf dem Mond sein als bei anderen Mondmissionen. Sie müssen sowohl vor den kosmischen Strahlen, die auf den Mond treffen, als auch vor den daraus resultierenden Gammastrahlen des Mondes geschützt werden.
Eine komplexe Interaktion
Das Zusammenspiel von kosmischen Strahlen, Gammastrahlen, Mond und Sonne kann komplex sein. Gammastrahlen können unterschiedliche Energieniveaus haben. Beispielsweise erfassen diese FGRST-Bilder nur Gammastrahlen, die 31 Millionen Elektronenvolt (MeV) um einen bestimmten Betrag überschreiten. Aber Gammastrahlen können weitaus energiereicher sein und Milliarden oder sogar Billionen von MeVs betragen.
Da die elektrische Ladung der kosmischen Strahlung bedeutet, dass sie durch Magnetfelder abgelenkt werden können und die Sonne ein starkes Magnetfeld hat, können nur die stärksten die Sonne treffen. Diese starken kosmischen Strahlen treffen wiederum auf den dichten Teil der Sonnenatmosphäre und erzeugen sehr starke Gammastrahlen. Die Sonne ist also in Gammastrahlen über 1 Milliarde Elektronenvolt tatsächlich heller als der Mond.
Der 11-Jahres-Zyklus der Sonne beeinflusst auch die kosmischen Strahlen, die auf den Mond treffen, und die daraus resultierenden Gammastrahlen. Während dieses Zyklus erfährt die Sonne Schwankungen in ihrem Magnetfeld. Infolgedessen treffen manchmal mehr kosmische Strahlen auf den Mond als zu anderen Zeiten. Diese Variabilität der kosmischen Strahlung, die auf die Mondoberfläche trifft, erzeugt eine Variabilität der Mondgammastrahlen. Laut Fermi-Daten kann es um 20% variieren.
Gammastrahlen, die vom Mond kommen, und die kosmischen Strahlen, die sie verursachen, stellen beide eine Bedrohung für Astronauten dar, da beide ionisierende Strahlung mit großer Durchschlagskraft sind. Es erfordert viel Abschirmung, um zu verhindern, dass sie Astronauten treffen. Materialien mit hohen Ordnungszahlen sind wirksame Schutzschilde. Blei (Ordnungszahl 82) ist ein guter Schild, weil es auch sehr dicht ist.
Bei Gammastrahlen mit niedrigerer Energie besteht das Risiko für Astronauten in der zeitlichen Exposition. Denken Sie an einen Röntgentechniker im Vergleich zu einem Röntgentatienten. Die lebenslange Exposition eines Patienten gegenüber Röntgenstrahlen ist nicht sehr hoch, daher akzeptiert ein Patient das Risiko. Für den Techniker sind die Dinge jedoch anders. Sie sind jeden Arbeitstag ausgesetzt, verlassen den Raum und sind durch Materialien wie Blei vor Röntgenstrahlen geschützt.
Ähnlich verhält es sich mit Astronauten. Je mehr Zeit sie auf dem Mond in einer Umgebung mit Gammastrahlen / kosmischen Strahlen verbringen, desto mehr müssen sie ihre Exposition begrenzen. Nicht nur durch Abschirmung, sondern auch durch Timing.
Der Versuch, die Strahlungsumgebung des Mondes zu verstehen
Diese Daten des Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskops helfen Wissenschaftlern, das Risiko von Gammastrahlen / kosmischen Strahlen auf dem Mond zu verstehen. Wenn es Zeiten gibt, in denen der Mond aufgrund des 11-Jahres-Zyklus der Sonne 20% weniger Gammastrahlung abgibt, kann es sinnvoll sein, diese Zeit zu nutzen.
Die Strahlenexposition ist eines der Haupthindernisse für die Raumfahrt und langfristige Weltraummissionen. Die Magnetosphäre und die Atmosphäre der Erde sind beide Strahlenschutzschilde. Aber auch im erdnahen Orbit riskieren Astronauten eine stärkere Strahlung.
Wenn wir eine menschliche Präsenz auf dem Mond haben wollen, ist es unerlässlich, dass wir die Strahlungsumgebung dort verstehen. Die NASA hat bereits 2005 die Mondstrahlungsumgebung in Erwartung eines menschlichen Außenpostens auf dem Mond untersucht. Als sie 2009 den Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) auf den Markt brachten, enthielt er ein Instrument namens Cosmic Ray Telescope for the Effects of Radiation (CRaTER).
CRaTERs Aufgabe ist es, die Strahlungsumgebung des Mondes und die biologischen Auswirkungen auf Astronauten zu charakterisieren. Es verwendet Kunststoffe, um menschliches Gewebe nachzuahmen, und platziert sie hinter verschiedenen Abschirmmaterialien. Zu dieser Zeit sagte Harlan Spence, der Principal Investigator CRaTER: „Wir werden nicht nur die Strahlung messen, sondern auch Kunststoffe verwenden, die menschliches Gewebe imitieren, um zu untersuchen, wie diese hochenergetischen Partikel in den menschlichen Körper eindringen und mit ihm interagieren.“
Die Fermi-Bilder der Gammastrahlen des Mondes sind ein weiteres Teil des Strahlungspuzzles. Und das ist ein Rätsel, das gelöst werden muss, bevor eine realistische Hoffnung auf eine langfristige Mondbasis oder auf Missionen mit Besatzung zum Mars besteht.
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